DE19744924C2 - Control device in a motor vehicle - Google Patents
Control device in a motor vehicleInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer niederohmigen elektrischen Last mit einem vorgegebenen effektiven Spannungswert, wobei das Steuergerät und die Last jeweils eine eigene Masseanbindung aufweisen, mit einer Schalteinrichtung, die die Last mit der Bordnetzspannung verbindet, wobei die Schalteinrichtung mit einem Spannungsteiler verschaltet ist, dessen Mittenanschluß mit einer Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist und bei dem die Spannungsmeßeinrichtung Teil einer Steuereinheit ist, welche die Schalteinrichtung zur Vorgabe des effektiven Spannungswertes an die Last getaktet ansteuert, wobei der Mittenanschluß des Spannungsteilers über einen Widerstand mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist. Das Steuergerät ist damit auf einfache und kostengünstige Weise so ausgebildet, daß ein Masseversatz auch durch eine Spannungsmeßeinrichtung, die nur positive Spannungswerte erfaßt, quantitativ bestimmt werden kann.A control device in a motor vehicle for controlling a low-resistance electrical load with a predetermined effective voltage value is described, the control device and the load each having their own ground connection, with a switching device that connects the load to the vehicle electrical system voltage, the switching device interconnecting with a voltage divider is, whose center connection is connected to a voltage measuring device and in which the voltage measuring device is part of a control unit which controls the switching device in a clocked manner for specifying the effective voltage value to the load, the center connection of the voltage divider being connected to a reference voltage source via a resistor. The control device is thus designed in a simple and inexpensive manner so that a mass offset can also be determined quantitatively by means of a voltage measuring device which only detects positive voltage values.
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer niederohmigen elektrischen Last mit einem vorgegebenen effektiven Spannungswert, wobei das Steuergerät und die Last jeweils eine eigene Mas seanbindung aufweisen, mit einer Schalteinrichtung, die die Last mit der Bord netzspannung verbindet, wobei die Schalteinrichtung mit einem Spannungstei ler verschaltet ist, dessen Mittenanschluß mit einer Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist und bei dem die Spannungsmeßeinrichtung Teil einer Steuerein heit ist, welche die Schalteinrichtung zur Vorgabe des effektiven Spannungs wertes an die Last getaktet ansteuert.The invention relates to a control device in a motor vehicle for control a low-resistance electrical load with a given effective Voltage value, whereby the control unit and the load each have their own Mas Seanbinding, with a switching device that the load with the board mains voltage connects, the switching device with a voltage component ler is connected, the center connection with a voltage measuring device is connected and in which the voltage measuring device is part of a control unit, which is the switching device for specifying the effective voltage actuates values clocked to the load.
Ein solches Steuergerät ist aus der DE 44 43 350 C1 bekannt, wobei eine ge taktete Ansteuerung der Lasten hier insbesondere für den Meßvorgang erfor derlich ist. Eine Einrichtung zur getakteten Ansteuerung und Überwachung elektrischer Lasten ist darüber hinaus bereits in der DE 29 35 196 C2 be schrieben.Such a control device is known from DE 44 43 350 C1, a ge clocked control of the loads here in particular for the measuring process is such. A device for clocked control and monitoring electrical loads is also already in DE 29 35 196 C2 wrote.
Bei einem solchen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, welches eine elektri sche niederohmige Last ansteuert, wird die Last, um den Kabelbaum möglichst einfach zu halten, meist nur einpolig mit der Ansteuerspannung beaufschlagt. Die Last besitzt somit eine andere Massenanbindung als das Steuergerät. Hierdurch kann es zu einem sogenannten Masseversatz kommen, der die vom Steuergerät eingestellte Effektivspannung der elektrischen Last verfälscht, was je nach Art der anzusteuernden Last problematisch sein kann.In such a control device in a motor vehicle, which has an electri low impedance load, the load around the wiring harness is as possible easy to hold, usually only one-pole applied with the control voltage. The load therefore has a different ground connection than the control unit. This can lead to a so-called mass offset, which by the Control unit set effective voltage of the electrical load falsifies what can be problematic depending on the type of load to be controlled.
So muß beispielsweise bei der Ansteuerung einer Glühkerze in einem diesel betriebenen Kraftfahrzeug durch ein Flammstartsteuergerät diese mit einer ge nau definierten effektiven Versorgungsspannung betrieben werden. Ist der ef fektive Spannungswert zu gering, ist die Funktionsfähigkeit der Glühkerze be einträchtigt, da diese keine ausreichend hohe Temperatur erreicht. Ist der zur Ansteuerung verwendete effektive Spannungswert dagegen zu hoch, leidet die Lebensdauer der Glühkerze.For example, when driving a glow plug in a diesel operated motor vehicle by a flame start control device with a ge exactly defined effective supply voltage can be operated. Is the ef fective voltage value too low, the functionality of the glow plug is be impaired because it does not reach a sufficiently high temperature. Is that for Control used effective voltage value, however, too high, suffers Glow plug life.
Aus diesen Gründen darf die tatsächlich an einer Glühkerze anliegende effekti ve Spannung nur weniger als +/-1 Volt von ihrem Sollwert abweichen. Da aber die Ansteuerspannung der elektrischen Last innerhalb des Steuergerätes gemessen und eingestellt wird, ist dazu nach Möglichkeit der Masseversatz zu berücksichtigen.For these reasons, the effekti actually attached to a glow plug may ve voltage only deviates less than +/- 1 volt from its nominal value. Here but the control voltage of the electrical load within the control unit is measured and adjusted, the mass offset is to where possible consider.
Der Masseversatz ist dabei zwar prinzipiell bei nicht angesteuerter Last meß bar, wobei sich aber die Schwierigkeit ergibt, daß die Spannung, die sich durch unterschiedliche Massepotentiale am Steuergerät und an der Last ergibt, ein zur Ansteuerspannung entgegengesetztes Vorzeichen aufweist und dadurch durch Spannungsmeßeinrichtungen, die nur positive Spannungen auswerten können, nicht erfaßt werden kann. Dies gilt insbesondere für Analog-Digital- Wandler als Spannungsmeßeinrichtungen, die im Zusammenhang mit einem Microcontroller als Steuereinheit ansonsten vorteilhaft als Meßeinrichtung ver wendet werden können. Die DE 40 27 031 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Analog-Digital-Wandlern, die dieses Problem, allerdings auf relativ aufwen dige Weise löst.The mass offset is in principle measured when the load is not triggered bar, but the difficulty arises that the tension caused by results in different ground potentials on the control unit and on the load has the opposite sign to the control voltage and thereby through voltage measuring devices that only evaluate positive voltages can not be grasped. This applies in particular to analog-digital Transducers as voltage measuring devices in connection with a Microcontroller as a control unit otherwise advantageous as a measuring device can be applied. DE 40 27 031 A1 shows a circuit arrangement with analog-digital converters, which, however, are relatively expensive that way.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, das Steuergerät auf einfache und ko stengünstige Weise so auszubilden, daß der Masseversatz auch durch eine Spannungsmeßeinrichtung, die nur positive Spannungswerte erfaßt, quantitativ bestimmt werden kann.It is therefore the object of the invention to simplify the control device and ko cost-effective way to train so that the mass offset by a Voltage measuring device that only detects positive voltage values, quantitative can be determined.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mittenanschluß des Spannungsteilers über einen Widerstand mit einer Referenzspannungs quelle verbunden ist.This object is achieved in that the center connection of the voltage divider via a resistor with a reference voltage source is connected.
Hierdurch wird die Spannung am Eingang der Spannungsmeßeinrichtung um einen genau definierten Betrag erhöht, so daß eine betragsmäßig kleine, nega tive zu messende Spannung auf einen positiven Spannungswert angehoben wird und so auch durch die Meßeinrichtung für positive Spannungen erfaßbar wird. Dieser zusätzliche Spannungsbetrag wird anschließend bei der Auswer tung durch die Steuereinheit berücksichtigt.As a result, the voltage at the input of the voltage measuring device is around increases a precisely defined amount, so that a small, nega tive voltage to be measured raised to a positive voltage value becomes and thus also detectable by the measuring device for positive voltages becomes. This additional amount of tension is then used in the evaluation tion taken into account by the control unit.
Als Spannungsmeßeinrichtung kann so auch ein Analog-Digital-Wandler ver wendet werden und als Steuereinheit ein Microcontroller, wodurch sich das Steuergerät besonders einfach ausführen läßt.An analog-digital converter can also be used as a voltage measuring device be used and as a control unit a microcontroller, which is the Control unit can be carried out particularly easily.
Besonders vorteilhaft ist auch, daß zur Realisierung der Erfindung nur ein sehr geringer Aufwand erforderlich ist. Außer einem zusätzlichen Widerstand wird nur eine Referenzspannungsquelle benötigt, die sich zum Beispiel durch einen kostengünstigen Spannungsreglerbaustein realisieren läßt. It is also particularly advantageous that to implement the invention only a very little effort is required. Except for an additional resistance only a reference voltage source is required, which can be, for example, a can realize inexpensive voltage regulator module.
Eine Referenzspannungsquelle ist zudem zumeist zum Betrieb der Spannungsmeßeinrichtung ohnehin notwendig und vorgesehen, so daß sich in diesem Fall der zusätzliche Aufwand vorteilhafterweise auf den Einbau eines einfachen Widerstandes beschränkt.A reference voltage source is also mostly used to operate the Voltage measuring device necessary and provided anyway, so that in In this case, the additional effort is advantageously to install a limited resistance.
Die bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in der Ansteuerung von Glühkerzen in einem dieselbetriebenen Kraftfahrzeug, da diese erstens sehr niederohmig und zweitens sehr empfindlich gegenüber Abweichungen bezüglich ihrer Sollspannung sind. Es sind aber auch andere Anwendungen, zum Beispiel die Ansteuerung besonders leistungsstarker Glühlampen denkbar.The preferred application of the invention is in the control of Glow plugs in a diesel powered motor vehicle, firstly because they are very low impedance and secondly very sensitive to deviations in terms of their target voltage. But there are other uses too, for example the control of particularly powerful light bulbs is conceivable.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergerätes anhand der Zeichnung näher dargestellt und erläutert werden.In the following an embodiment of an inventive Control unit are illustrated and explained with reference to the drawing.
Die einzige Figur zeigt, schematisch vereinfacht, den Aufbau eines erfindungsgemäßen Steuergerätes.The single figure shows, schematically simplified, the structure of a control device according to the invention.
Das Steuergerät (SG) ist mit der Bordnetzspannung (UB) verbunden, die über eine Schalteinrichtung (S) zudem mit einer außerhalb des Steuergerätes (SG) angeordneten elektrischen Last (L) verbindbar ist. Als Steuereinheit (MC) für die Schalteinrichtung (S) wie auch zur Steuerung der Spannungsquelle (US) ist ein Microcontroller vorgesehen.The control unit (SG) is connected to the vehicle electrical system voltage (UB), which is via a switching device (S) with one outside the control unit (SG) arranged electrical load (L) is connectable. As a control unit (MC) for the Switching device (S) as well as for controlling the voltage source (US) is on Microcontroller provided.
Der Verbindungspunkt (V) zwischen der Schalteinrichtung (S) und der Last (L) ist mit einem Spannungsteiler (R1, R2) verbunden, welcher die Spannung am Verbindungspunkt (V) gegen die Masse des Steuergerätes entsprechend dem Verhältnis der Werte der Widerstände des Spannungsteilers (R1, R2) aufteilt. Der Mittenanschluß (M) des Spannungsteilers (R1, R2) ist mit einer zur Steuereinheit (MC) gehörenden Spannungsmeßeinrichtung (ADW) verbunden. Die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) ist als Analog-Digital-Wandler ausgeführt, der die Spannungshöhe am Mittenanschluß (M) auswertet. Ebenfalls mit dem Mittenanschluß (M) verbunden ist ein Widerstand (R3), welcher an einer Referenzspannungsquelle (UREF) anliegt.The connection point (V) between the switching device (S) and the load (L) is connected to a voltage divider (R1, R2), which the voltage at Connection point (V) against the mass of the control unit according to the Ratio of the values of the resistors of the voltage divider (R1, R2). The Center connection (M) of the voltage divider (R1, R2) is with one to the control unit (MC) associated voltage measuring device (ADC) connected. The Voltage measuring device (ADC) is designed as an analog-digital converter evaluates the voltage level at the center connection (M). Also with the Center connection (M) is a resistor (R3) connected to a Reference voltage source (UREF) is present.
Die Referenzspannungsquelle (UREF) kann durch einen einfachen Spannungsreglerbaustein ausgebildet sein und liefert eine konstante Spannung, die an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) als Referenzspannung anliegt. The reference voltage source (UREF) can be done by a simple Voltage regulator module and provides a constant voltage, which is applied to the voltage measuring device (ADC) as a reference voltage.
Die Steuereinheit (MC) mit ihrer integrierten Spannungsmeßeinrichtung (ADW) mißt, bei betätigter Schalteinrichtung (S) die am Punkt (M) anliegende Spannung (UADW) und berechnet daraus den Wert der am Verbindungspunkt (V) anliegenden Bordnetzspannung (UB).The control unit (MC) with its integrated voltage measuring device (ADC) measures, with the switching device (S) actuated, the voltage present at point (M) (UADW) and calculates the value of the connection point (V) applied electrical system voltage (UB).
Zum Betrieb der Last (L) steuert die Steuereinheit (MC) die Schalteinrichtung (S) getaktet an, wodurch sich der an dem Verbindungspunkt (V) anliegende effektive Spannungswert als Effektivwert der derart pulsweitenmodulierten Bordnetzspannung (UB) ergibt. Da sich dieser effektive Spannungswert als proportional zur Quadratwurzel des Tastverhältnisses berechnet, kann die Steuereinheit (MC) somit den effektiven Spannungswert am Verbindungspunkt (V) auf den für den Betrieb der Last (L) idealen Wert einregeln.The control unit (MC) controls the switching device (S) to operate the load (L). clocked on, whereby the effective at the connection point (V) Voltage value as the effective value of the pulse width modulated in this way Electrical system voltage (UB) results. Since this effective voltage value turns out to be calculated proportional to the square root of the duty cycle, the Control unit (MC) thus the effective voltage value at the connection point Adjust (V) to the ideal value for the operation of the load (L).
Im folgenden sei angenommen, daß die Last (L) in einiger Entfernung vom Steuergerät (SG) angeordnet ist und zudem mit einem sehr genau einzuhaltenden effektiven Spannungswert beaufschlagt werden muß.In the following it is assumed that the load (L) at some distance from the Control unit (SG) is arranged and also with a very accurate effective voltage value to be observed must be applied.
Die Last kann beispielsweise eine Glühkerze in einem Dieselkraftfahrzeug sein, die direkt mit dem Motorblock verschraubt ist, also eine andere Masseanbindung besitzt als das Steuergerät (SG).The load can be, for example, a glow plug in a diesel vehicle, which is screwed directly to the engine block, i.e. a different ground connection owns as the control unit (SG).
Hierdurch kann es aufgrund des sehr geringen Innenwiderstandes der Last (L) zu einem Massenversatz kommen, das heißt zu einem Potentialgefälle, zwischen den Masseanschlüssen von elektrischer Last (L) und dem Steuergerät (SG). Dieser Masseversatz kann durch den Spannungsabfall an einem fiktiven Widerstand dargestellt werden, welcher den Übergangswiderstand (RB) zwischen den verschiedenen Masseanschlüssen symbolisiert.As a result, the load (L) may increase due to the very low internal resistance a mass offset, that is, a potential gradient, between the ground connections of the electrical load (L) and the control unit (SG). This ground offset can be caused by the voltage drop on a fictitious Resistance is shown, which is the contact resistance (RB) between symbolizes the different ground connections.
Damit ist der an der Last (L) anliegende effektive Spannungswert genau um diesen (unbekannten) Masseversatz größer als die vom Steuergerät (SG) gegen die Steuergerätemasse eingeregelte Spannung (UV) am Verbindungspunkt (V). Das heißt, ohne Berücksichtigung des Masseversatzes setzt das Steuergerät (SG) die Last (L) einem zu hohen effektiven Spannungswert aus, welche im Falle einer Glühkerze als Last (L) deren Lebensdauer stark vermindern kann.This means that the effective voltage value applied to the load (L) is exactly around this (unknown) mass offset greater than that of the control unit (SG) against the control unit ground regulated voltage (UV) at the connection point (V). This means that the control unit sets without taking the mass offset into account (SG) the load (L) too high an effective voltage value, which in the case a glow plug as a load (L) can significantly reduce its service life.
Nun kann der Masseversatz zwar prinzipiell quantitativ dadurch bestimmt werden, daß das Steuergerät (SG) die Spannung (UV) am Verbindungspunkt (V) (gegen die Steuergerätemasse) bei unbetätigter Schalteinrichtung (S) mißt. Hierbei ergibt sich das Problem, daß das Potential am Verbindungspunkt (V) negativer ist als die Steuergerätmasse, wodurch am Spannungsteiler (R1, R2) eine negative Spannung anliegt.Now the mass offset can in principle be determined quantitatively by that the control unit (SG) the voltage (UV) at the connection point (V) (against measures the control unit mass) when the switching device (S) is not actuated. Here results there is the problem that the potential at the connection point (V) is more negative than the control unit ground, causing a negative on the voltage divider (R1, R2) Voltage is present.
Zur Messung negativer Spannungen ist aber die als Analog-Digital-Wandler ausgebildete Spannungsmeßeinrichtung (ADW) nicht geeignet. Daher wird erfindungsgemäß vorgesehen, den Mittenanschluß (M) des Spannungsteilers (R1, R2) über den Widerstand (R3) mit der bekannten, konstanten Referenzspannung (UREF) zu beaufschlagen.For measuring negative voltages, however, is that as an analog-digital converter trained voltage measuring device (ADC) not suitable. Therefore provided according to the invention, the center connection (M) of the voltage divider (R1, R2) via the resistor (R3) with the known constant Reference voltage (UREF).
Damit berechnet sich die an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) anliegende
Spannung (UADW) nun folgendermaßen:
The voltage (UADW) applied to the voltage measuring device (ADC) is now calculated as follows:
UADW = UV . R2/(R1 + R2) + UREF . R2/(R3 + R2)
UADW = UV. R2 / (R1 + R2) + UREF. R2 / (R3 + R2)
wobei UREF hier die Spannung der Referenzspannungsquelle UREF und UV die Spannung am Verbindungspunkt (V), gemessen gegen die Steuergerätemasse, bezeichnet.where UREF is the voltage of the reference voltage source UREF and UV the Voltage at the connection point (V), measured against the control unit ground, designated.
Die Referenzspannungsquelle (UREF) bewirkt somit einen positiven konstanten Spannungs-Offset, so daß bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände (R1, R2, R3) auch bei einem negativen Wert für UV die von der Spannungsmeßeinrichtung (ADW) registrierte Spannung (UADW) immer im positiven Bereich liegt, womit auch die negative Masseversatzspannung durch die Spannungsmeßeinrichtung (ADW) meßbar wird.The reference voltage source (UREF) thus causes a positive constant Voltage offset, so that with appropriate dimensioning of the resistors (R1, R2, R3) even with a negative value for UV that of the Voltage measuring device (ADW) registered voltage (UADW) always in positive range, which also means the negative ground offset voltage due to the Voltage measuring device (ADC) is measurable.
Nach Abzug des durch die Referenzspannungsquelle (UREF) bewirkten Spannungs-Offset speichert die Steuereinheit (MC) nun den Wert der Masseversatzspannung und steuert die Schalteinrichtung (S) derart an, daß diese einen um den Wert der Masseversatzspannung verringerten effektiven Spannungswert an die Last (L) gibt. Hierdurch ist nun die Last (L) mit ihrer korrekten Sollspannung beaufschlagt. After subtracting the one caused by the reference voltage source (UREF) The control unit (MC) now stores the value of the voltage offset Ground offset voltage and controls the switching device (S) in such a way that this one effective reduced by the value of the ground offset voltage Voltage value to the load (L) there. As a result, the load (L) is now with her correct target voltage is applied.
ADW Spannungsmeßeinrichtung
L (elektrische) Last
M Mittenanschlußpunkt
MC Steuereinheit (Microcontroller)
RB Übergangswiderstand
R1, R2 Spannungsteiler
R1, R2, R3 Widerstände
SG Steuergerät
UADW Spannung an der Spannungsmeßeinrichtung (ADW)
UB Bordnetzspannung
UREF Referenzspannung(squelle)
UV Spannung am Verbindungspunkt (V)
V Verbindungspunkt
ADW voltage measuring device
L (electrical) load
M center connection point
MC control unit (microcontroller)
RB contact resistance
R1, R2 voltage divider
R1, R2, R3 resistors
SG control unit
UADW voltage at the voltage measuring device (ADW)
UB electrical system voltage
UREF reference voltage (source)
UV voltage at the connection point (V)
V connection point
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HELLA KGAA HUECK & CO., 59557 LIPPSTADT, DE |
|
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| R084 | Declaration of willingness to licence | ||
| R084 | Declaration of willingness to licence | ||
| R071 | Expiry of right |